Совершенствование трехлинейки продолжалось и в советское время. Несмотря на высокие баллистические качества и безотказность винтовки, в процессе многолетнего опыта выявилась необходимость в некоторых изменениях, связанных с улучшением конструкции, технологии производства отдельных деталей и повышением боевых и эксплуатационных качеств оружия. Первым шагом в этом направлении явился осуществленный в 1922 году переход от трех типов винтовки (пехотной, драгунской и казачьей) к единому образцу — драгунской винтовке. Кроме нее, в войсках продолжал оставаться карабин образца 1907 года.
В начале 1924 года Артиллерийский комитет ГАУ поставил перед конструкторами задачу осуществить в винтовке С. И. Мосина те изменения, которые диктовались безусловной необходимостью и не ломали установленного технологического процесса. К работе привлекались Е. К. Кабаков, И. А. Комарицкий, А. И. Осинцев, И. А. Федорцов, П. К. Паншин.
Кабаков и Комарицкий предложили новый способ крепления штыка, поскольку старый, при помощи хомутика, был и слабым, и требовал особо тщательной подгонки и отладки. Паншин спроектировал специальный намушник для предохранения мушки от повреждений и смещений. Сначала намушник устанавливался на штыковой трубке, а затем был перенесен непосредственно на корпус мушки. Старая прямоугольная мушка была заменена цилиндрическим стерженьком, закреплявшимся в отверстии основания, а потому легко заменявшимся в случае необходимости в оружейных мастерских. И. А. Федорцов разработал новые пружинные ложевые кольца, которые устранили недостатки раздвижных и глухих колец прежних конструкций. Кроме того, существенным изменениям подвергся прицел: дуговая рамка, часто дававшая прогибы, была заменена более надежной прямой. Введена была, наконец, пластинчатая обойма, спроектированная когда-то С. И. Мосиным, и в шомпольный упор поставлен особый стержень, предохранявший шомпол от перекашивания.
Модернизированная винтовка С. И. Мосина была принята на вооружение в 1930 году, и на ее основе конструкторы разработали снайперский вариант, который отличался от штатного улучшенной отделкой канала ствола и некоторых других деталей, меньшими допусками при изготовлении, установкой оптического прицела и рукояткой затвора изогнутой формы. Обе винтовки заняли заметное место в системе вооружения Красной Армии.
Специальные рода войск — кавалерия, войска связи, артиллерия и некоторые другие — получили на вооружение в 1938 году карабин, имевший те же конструктивные и технологические усовершенствования, что и винтовка образца 1891/1930 годов, но отличавшийся от нее меньшей массой и более коротким стволом. Как и карабин образца 1907 года, он не имел штыка.
